Enhanced Electron Penetration through an Ultrathin Graphene Layer for Highly Efficient Catalysis of the Hydrogen Evolution Reaction

化学工程 氧化物 电子转移 光化学 吸附 碳纤维 化学物理
作者
Jiao Deng,Pengju Ren,Dehui Deng,Xinhe Bao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:54 (7): 2100-2104 被引量:896
标识
DOI:10.1002/anie.201409524
摘要

Major challenges encountered when trying to replace precious-metal-based electrocatalysts of the hydrogen evolution reaction (HER) in acidic media are related to the low efficiency and stability of non-precious-metal compounds. Therefore, new concepts and strategies have to be devised to develop electrocatalysts that are based on earth-abundant materials. Herein, we report a hierarchical architecture that consists of ultrathin graphene shells (only 1-3 layers) that encapsulate a uniform CoNi nanoalloy to enhance its HER performance in acidic media. The optimized catalyst exhibits high stability and activity with an onset overpotential of almost zero versus the reversible hydrogen electrode (RHE) and an overpotential of only 142 mV at 10 mAcm(-2), which is quite close to that of commercial 40% Pt/C catalysts. Density functional theory (DFT) calculations indicate that the ultrathin graphene shells strongly promote electron penetration from the CoNi nanoalloy to the graphene surface. With nitrogen dopants, they synergistically increase the electron density on the graphene surface, which results in superior HER activity on the graphene shells.
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